【虹科案例】精确可靠、高效紧凑！——虹科数字化仪在激光雷达测试系统中的应用

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使用激光雷达/进行大气研究

大气研究使用脉冲激光束通过测量大气中 100 公里高度处的多普勒频移和后向散射光来测量光束的温度和风速。由于返回的光信号非常微弱，可能会被太阳辐射阻挡，莱布尼茨大气物理研究所（IAP）解决了这个问题：他们开发了世界上唯一可以在白天使用且能够进入南极大气条件的便携式仪器。新一代紧凑可靠的系统使用新型二极管泵浦激光器，其核心是频谱仪器任意波形发生器 (AWG) 和两个数字化仪，可提供所需的极高速度、灵敏度和实时能力。

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多普勒共振/激光雷达

这种测量技术被称为多普勒共振激光雷达，因为通过将激光精确地调谐到金属原子的共振跃迁，光会发生反向散射。反向散射信号非常微弱（每个激光脉冲只有一个光子），白天几乎完全被太阳辐射阻挡。夜间测量和白天测量的区别在于，白天来自太阳的背景噪声要多 1 亿倍。

了解海拔在 80 到 110 公里之间的大气温度分布（MLT）对于执行地球气候的数值模拟至关重要。提供此类数据的一种行之有效的方法是测量金属原子的多普勒展宽线宽，例如通过共振激光雷达系统使用脉冲激光测量得出，钾共振线在 770 nm 和铁共振线在 372 nm 或 386 nm。以前的激光器一直使用闪光灯泵，该项目是第一个开发新型激光系统的项目，该系统使用高效、可调谐、二极管泵浦、变石激光器，能够更好地应对恶劣的环境条件，例如研究船舶或极地地区。有了这项技术，每立方厘米大约一个原子的浓度就足以测量 100 公里距离的温度和风力，这是一个大气压力非常低的高度且只有火箭才能到达这个高度。

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开发 /移动激光雷达测量系统

领导该项目的 Josef Höffner 博士解释说：“该项目的目的是创建紧凑的移动测量系统，我们可以在世界各地携带。这些系统需要在南极洲等极端环境条件下自动运行，而无法访问它们很长一段时间。因此，我们需要非常坚固和可靠的组件，并且能够在这些具有挑战性的条件下提供所需的灵敏度、速度和灵活性。虹科Spectrum 的五年保修让我们高枕无忧。”

改进该项目中的测量有几个方面。首先是通过具有极小的视野以实现高分辨率和光学过滤来抑制背景噪声。这意味着激光必须稳定在视场以及所有滤光片中。激光器本身需要一个复杂而快速的纳秒级实时稳定系统。这由虹科Spectrum M2i.6012-exp 20 MS/s AWG 控制，每天以每秒 500 个脉冲发射。来自反向散射光的信号由虹科 Spectrum M4i.4421-x8 250 MS/s 16 位数字化仪处理。使用 M4i.2221-x8 2.5 GS/s 8 位数字转换器卡测量激光器内的条件。该系统每天 24 小时处理超过 1 GByte/sec 的数据，实时处理测量数据后的响应时间约为 1 ms。总共有 21 个信号由 IAP 开发的软件包管理。

图3：虹科 Spectrum M4i.4421-x8 250 MS/s 16 位数字化仪

“通过将快速、灵活的电子设备与实时功能相结合，我们实现了紧凑、高度集成的解决方案，与以前大很多倍的大型且难以处理的解决方案相比，这是一个令人印象深刻的改进，”霍夫纳博士说。“我们的旧系统需要一个 10 吨、6米的容器，而使用虹科Spectrum板卡和新型激光器已将其缩小到 1500 千克的系统。我们几乎已将其进一步缩小，以装入一个只有 1 立方米的盒子，只有250 公斤，我们将使用相同的电子设备和更紧凑、更先进的激光器。”

这种高度紧凑的新型设备的灵敏度和便携性使得能够在偏远地区以前所未有的分辨率和准确性获得新的温度数据。“我们的测量已经对我们对大气的理解产生了重大影响，真正令人兴奋的是，我们已经证明我们可以设计出一个可靠、轻便、紧凑和高效的系统，以应对未来的太空任务，”博士总结道。

虹科测试测量团队

虹科是在各细分专业技术领域内的资源整合及技术服务落地供应商。在测试测量行业经验超过17年的高科技公司，虹科与世界知名的测量行业巨头公司Marvin Test、Pickering Interface, Spectrum, Raditeq等公司合作多年，提供领域内顶尖水平的基于PXI/PXIe/PCI/LXI平台的多种功能模块，以及自动化测试软件平台和测试系统，通用台式信号源设备，高速数字化仪，EMC和射频测试方案等。事业部目前已经提供覆盖半导体、3C、汽车行业的超过25个大型和超大型自研系统项目。我们的解决方案已在汽车电子、半导体、通信、航空航天、军工等多个行业得到验证。此外，我们积极参与半导体、汽车测试等行业协会的工作，为推广先进技术的普及做出了重要贡献。至今，虹科已经先后为全国用户提供了100+不同的解决方案和项目，并且获得了行业内用户极好口碑。